CN118218819A - 一种管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构及方法，用于修复减薄管段的腐蚀减薄区，外表面回火堆焊结构包括堆焊在减薄管段外表面上且覆盖腐蚀减薄区的回火堆焊区、以及过渡连接在回火堆焊区外周与减薄管段外表面之间的堆焊过渡区，回火堆焊区由多条焊道堆叠而成，堆焊过渡区的外表面为过渡斜面。本申请不需要更换减薄管道，大幅降低成本和现场施工的危险性。特别是，经过外部堆焊焊接修复的减薄管段，在发生流动加速腐蚀减薄的管段完全腐蚀贯穿后，固定覆盖在腐蚀减薄区外壁的回火堆焊区能够有效抑制流动加速腐蚀，避免回火堆焊区发生腐蚀减薄，且回火堆焊区能够作为承压部件承受系统压力，进而保障管道的完整可靠。
Description
技术领域
本发明涉及核电设计与运行的技术领域，特别是涉及一种管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构、以及管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊方法。
背景技术
核电站二回路管道是高温高压介质的主要压力边界，二回路管道的可靠性直接影响核电厂的核安全、人员安全和经济运行。因此，保障核电厂二回路管道的完整性、可靠性，避免核电厂二回路管道发生腐蚀失效，具有重要意义。
流动加速腐蚀是核电厂二回路碳钢管道的主要失效机理，全世界范围内核电厂已发生200余起由于流动加速腐蚀减薄导致的二回路碳钢管道坡口失效事件。在发现流动加速腐蚀导致二回路管道的壁厚减薄到一定程度的时候，需要对减薄管段进行更换。但是，大量减薄管道的更换占用大修关键路径、引入了大量的切割和焊接等动火作业，人员设备成本和现场施工风险均较高。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构，在不更换减薄管道的前提下可靠地修复管道的流动加速腐蚀减薄区域。
为实现上述目的，本发明提供一种管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构，用于修复减薄管段的腐蚀减薄区，所述外表面回火堆焊结构包括堆焊在减薄管段外表面上且覆盖腐蚀减薄区的回火堆焊区、以及过渡连接在回火堆焊区外周与减薄管段外表面之间的堆焊过渡区，所述回火堆焊区由多条焊道堆叠而成，所述堆焊过渡区的外表面为过渡斜面，所述过渡斜面从回火堆焊区的外周边缘处向减薄管段的外表面倾斜。
进一步地，所述回火堆焊区为类矩形，所述回火堆焊区的四个边角处都为矩形堆焊区圆角，所述矩形堆焊区圆角的半径r与回火堆焊区的厚度w相等。
进一步地，沿所述减薄管段的轴向，所述回火堆焊区的轴向长度L≥60mm，所述回火堆焊区的外周边缘与腐蚀减薄区的外周边缘之间的间距S≥30mm。
进一步地，所述回火堆焊区的厚度不小于减薄管段的壁厚。
进一步地，所述回火堆焊区的焊材为不锈钢焊材或镍基合金焊材，回火堆焊成所述回火堆焊区的焊丝的直径小于腐蚀减薄区的最小壁厚。
进一步地，所述堆焊过渡区外表面的过渡斜面的斜度为1:6。
进一步地，当所述回火堆焊区有多个时，相邻两个回火堆焊区之间的距离不小于R为所述减薄管段的1/2公称直径，t为所述减薄管段的名义壁厚。
本发明还提供一种管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊方法，用于修复减薄管段的腐蚀减薄区，所述外表面回火堆焊方法依次包括以下步骤：
S1、采用回火堆焊工艺在所述减薄管段的腐蚀减薄区的外表面处焊接多条焊道，多条焊道形成固定焊接在减薄管段外表面上的回火堆焊区，该回火堆焊区覆盖腐蚀减薄区；
S2、在所述回火堆焊区的外周焊接堆焊过渡区，使堆焊过渡区过渡连接在回火堆焊区外周与减薄管段外表面之间，使回火堆焊区的壁厚与减薄管段的壁厚平缓过渡，则堆焊过渡区的外表面具有从回火堆焊区的外周边缘处向减薄管段的外表面倾斜的过渡斜面。
如上所述，本发明涉及的管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构及方法，具有以下有益效果：
本申请通过回火堆焊工艺在减薄管段的外表面上加工出覆盖腐蚀减薄区的回火堆焊区，而不需要更换减薄管道，大幅降低成本和现场施工的危险性。特别是，经过外部堆焊焊接修复的减薄管段，在发生流动加速腐蚀减薄的管段完全腐蚀贯穿后，固定覆盖在腐蚀减薄区外壁的回火堆焊区能够有效抑制流动加速腐蚀，避免回火堆焊区发生腐蚀减薄，且回火堆焊区能够作为承压部件承受系统压力，进而保障管道的完整可靠。
附图说明
图1为本申请中管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构的结构示意图。
图2为图1在腐蚀减薄区处的断面图。
元件标号说明
10 减薄管段
11 腐蚀减薄区
20 回火堆焊区
21 矩形堆焊区圆角
30 堆焊过渡区
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供一种管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构，用于修复减薄管段10的腐蚀减薄区11。在一个具体的应用实施例中，减薄管段10为核电厂二回路碳钢管道；如图1和图2所示，核电厂二回路中由于流动加速腐蚀引起局部减薄缺陷的减薄管段10，减薄管段10存在经腐蚀缺陷评价与剩余寿命预测无法满足使用要求的腐蚀减薄区11，减薄区厚度为u，减薄管段10的名义壁厚为t，则u＜t。
如图1和图2所示，本申请涉及的管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构包括堆焊在减薄管段10外表面上且覆盖腐蚀减薄区11的回火堆焊区20、以及过渡连接在回火堆焊区20外周与减薄管段10外表面之间的堆焊过渡区30，回火堆焊区20由多条焊道堆叠而成、且采用回火堆焊工艺焊接，堆焊过渡区30的外表面为过渡斜面，过渡斜面从回火堆焊区20的外周边缘处向减薄管段10的外表面倾斜。
因此，本申请涉及的外表面回火堆焊结构适用于核电厂二回路碳钢管道由于流动加速腐蚀致管壁局部减薄缺陷的修复，通过回火堆焊工艺在减薄管段10的外表面上加工出覆盖腐蚀减薄区11的回火堆焊区20，而不需要更换减薄管道，大幅降低成本和现场施工的危险性。特别是，回火堆焊区20完全覆盖减薄管段10的流动加速腐蚀敏感区域，经过外部堆焊焊接修复的减薄管段10，在发生流动加速腐蚀减薄的管段完全腐蚀贯穿后，固定覆盖在腐蚀减薄区11外壁的回火堆焊区20能够有效抑制流动加速腐蚀，避免回火堆焊区20发生腐蚀减薄，且回火堆焊区20能够作为承压部件承受系统压力，进而保障管道的完整可靠。
由于回火堆焊区20是采用回火堆焊工艺进行的多层多道焊，焊枪往复焊接，形成一道一道的焊道，多个焊道最终堆叠成的回火堆焊区20为类矩形，如图1所示，由于减薄管段10的管径比较大，故回火堆焊区20从减薄管段10的外表面上看为类矩形，即无限接近矩形，回火堆焊区20在减薄管段10周向上的对边为与减薄管段10轴线相垂直的近似直线，回火堆焊区20在减薄管段10轴向上的对边为与减薄管段10轴线相平行的直线，故回火堆焊区20为类矩形，回火堆焊区20的投影为矩形。优选地，回火堆焊区20的四个边角处都加工为矩形堆焊区圆角21，矩形堆焊区圆角21的半径r与回火堆焊区20的厚度w相等，回火堆焊区20的厚度除其外周边缘应该一致，使回火堆焊区20足够维持减薄管段10预测的剩余寿命；但回火堆焊区20的厚度不能超过压力部件的名义厚度。
进一步地，如图1和图2所示，沿减薄管段10的轴向，回火堆焊区20的轴向长度L≥60mm，回火堆焊区20的外周边缘与腐蚀减薄区11的外周边缘之间的间距S≥30mm；即在减薄管段10周向和轴向上，回火堆焊区20的两侧与腐蚀减薄区11边缘的距离S至少为30mm。回火堆焊区20在减薄管段10周向上两端之间的垂直距离为C。回火堆焊区20的厚度不小于减薄管段10的壁厚。回火堆焊区20的焊材优选为不锈钢焊材或镍基合金焊材，比如ER309L、ERNiCr-3；回火堆焊成回火堆焊区20的焊丝的直径小于腐蚀减薄区11的最小壁厚。优选地，回火堆焊区20焊接完成后，对回火堆焊区20进行表面抛光，使回火堆焊区20的壁厚均匀且表面平整、光滑，以便实施后续的超声壁厚测量。
进一步地，当回火堆焊区20有多个时，相邻两个回火堆焊区20之间的距离不小于R为减薄管段10的1/2公称直径D，t为减薄管段10的名义壁厚，避免产生焊接热影响区，进而保障管道的堆焊维修质量。
进一步地，如图1和图2所示，堆焊过渡区30焊接完成后，对堆焊过渡区30的表面也进行抛光，使回火堆焊区20的壁厚与其周边减薄管段10的壁厚平缓过渡，消除减薄管段10明显的应力集中。优选地，堆焊过渡区30外表面的过渡斜面的斜度α为1:6。
本申请还提供一种管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊方法，依次包括以下步骤：
一、确定核电厂二回路碳钢管道的减薄管段10上经腐蚀缺陷评价与剩余寿命预测无法满足使用要求的腐蚀减薄区11，划定该区域的边界。碳钢减薄管段10是核电厂二回路中由于流动加速腐蚀引起局部减薄缺陷的碳钢管段，该减薄管段10存在经腐蚀缺陷评价与剩余寿命预测无法满足使用要求的腐蚀减薄区11，减薄区厚度为u，如图2所示。
二、按照腐蚀减薄区11的边界尺寸确定回火堆焊区20的边界尺寸。回火堆焊区20的轴向长度L至少60mm，回火堆焊区20两侧与腐蚀减薄区11边缘的距离S至少30mm，回火堆焊区20的堆焊层厚度不小于减薄管段10的壁厚，回火堆焊区20的焊材选用相对应的不锈钢焊材或镍基合金焊材，如ER309L、ERNiCr-3，回火堆焊区20所选用焊丝的直径需小于减薄管道的最小壁厚。
三、消除减薄管段10的修复表面的铁锈、水垢、表面氧化物、保护涂层或其他污物。
四、采用回火堆焊工艺对减薄管段10进行焊接修复，进行多道多层的焊接，进而形成固定焊接在减薄管段10外表面上的回火堆焊区20，该回火堆焊区20覆盖腐蚀减薄区11。
五、回火堆焊区20焊接完成后，对回火堆焊区20进行表面抛光，使回火堆焊区20的壁厚均匀且表面平整、光滑。
六、对抛光完成的回火堆焊区20表面进行液体渗透检验。
七、对抛光完成的回火堆焊区20实施超声壁厚测量，确认回火堆焊区20的厚度不小于碳钢管道的名义壁厚。
八、将回火堆焊区20的四个边角加工成圆角，形成矩形堆焊区圆角21，矩形堆焊区圆角21的半径r与回火堆焊区20的厚度w相等。
九、在回火堆焊区20的外周焊接堆焊过渡区30，堆焊过渡区30焊接完成后，对堆焊过渡区30的表面也进行抛光，使回火堆焊区20的壁厚与减薄管段10的壁厚平缓过渡，消除碳钢管道明显的应力集中。
十、对回火堆焊区20和堆焊过渡区30整体实施液体渗透检查。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构，用于修复减薄管段(10)的腐蚀减薄区(11)，其特征在于：所述外表面回火堆焊结构包括堆焊在减薄管段(10)外表面上且覆盖腐蚀减薄区(11)的回火堆焊区(20)、以及过渡连接在回火堆焊区(20)外周与减薄管段(10)外表面之间的堆焊过渡区(30)，所述回火堆焊区(20)由多条焊道堆叠而成，所述堆焊过渡区(30)的外表面为过渡斜面，所述过渡斜面从回火堆焊区(20)的外周边缘处向减薄管段(10)的外表面倾斜。
2.根据权利要求1所述的管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构，其特征在于：所述回火堆焊区(20)为类矩形，所述回火堆焊区(20)的四个边角处都为矩形堆焊区圆角(21)，所述矩形堆焊区圆角(21)的半径r与回火堆焊区(20)的厚度w相等。
3.根据权利要求2所述的管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构，其特征在于：沿所述减薄管段(10)的轴向，所述回火堆焊区(20)的轴向长度L≥60mm，所述回火堆焊区(20)的外周边缘与腐蚀减薄区(11)的外周边缘之间的间距S≥30mm。
4.根据权利要求1所述的管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构，其特征在于：所述回火堆焊区(20)的厚度不小于减薄管段(10)的壁厚。
5.根据权利要求1所述的管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构，其特征在于：所述回火堆焊区(20)的焊材为不锈钢焊材或镍基合金焊材，回火堆焊成所述回火堆焊区(20)的焊丝的直径小于腐蚀减薄区(11)的最小壁厚。
6.根据权利要求1所述的管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构，其特征在于：所述堆焊过渡区(30)外表面的过渡斜面的斜度为1:6。
7.根据权利要求1所述的管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊结构，其特征在于：当所述回火堆焊区(20)有多个时，相邻两个回火堆焊区(20)之间的距离不小于R为所述减薄管段(10)的1/2公称直径，t为所述减薄管段(10)的名义壁厚。
8.一种管道流动加速腐蚀减薄的外表面回火堆焊方法，用于修复减薄管段(10)的腐蚀减薄区(11)，其特征在于：所述外表面回火堆焊方法依次包括以下步骤：
S1、采用回火堆焊工艺在所述减薄管段(10)的腐蚀减薄区(11)的外表面处焊接多条焊道，多条焊道形成固定焊接在减薄管段(10)外表面上的回火堆焊区(20)，该回火堆焊区(20)覆盖腐蚀减薄区(11)；
S2、在所述回火堆焊区(20)的外周焊接堆焊过渡区(30)，使堆焊过渡区(30)过渡连接在回火堆焊区(20)外周与减薄管段(10)外表面之间，使回火堆焊区(20)的壁厚与减薄管段(10)的壁厚平缓过渡，则堆焊过渡区(30)的外表面具有从回火堆焊区(20)的外周边缘处向减薄管段(10)的外表面倾斜的过渡斜面。
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